軟件定義無(wú)線(xiàn)電應對多頻段軍事通信挑戰

　　能夠跨越多個(gè)安全數據鏈路獲取準確的實(shí)時(shí)信息是任何軍事行動(dòng)取得成功的基石。 由于指揮和控制中心現在需要通過(guò)語(yǔ)音和數據直接與戰地士兵進(jìn)行通信，因此更加需要具備這種能力。 但是，只有具備與高級無(wú)線(xiàn)技術(shù)一樣出色的能力 - 能夠導航復雜的射頻(RF)網(wǎng)和信號處理技術(shù)以及在充滿(mǎn)挑戰的RF頻譜環(huán)境中呈現無(wú)縫、可靠和安全的通信網(wǎng)絡(luò )，從而在適當的時(shí)間提供適當的信息，才能成為戰略和戰術(shù)優(yōu)勢。

　　以前，軍隊一直依賴(lài)于各種不同且不兼容的無(wú)線(xiàn)電和波形來(lái)為戰術(shù)無(wú)線(xiàn)電、機載鏈路、衛星通信、中繼基站和緊急發(fā)射器以及新興的特定應用功能，如需要控制并且在某些情況下需要依靠視頻監控圖像的無(wú)人飛行器(UAV)操作等多種多樣的需求提供服務(wù)。每個(gè)無(wú)線(xiàn)電都會(huì )建立一條重要的通信鏈路，在混頻中漏掉其中一個(gè)就會(huì )使運營(yíng)小組處于不利境地。 然而，每個(gè)無(wú)線(xiàn)電都需要考慮尺寸、重量和備用電池(在士兵系統中)等成本。 隨著(zhù)各種新要求和新波形的加入，問(wèn)題變得更加復雜且難以掌控。

　　更為復雜的是，未來(lái)的運行要求需要系統具有多種功能。 除了需要無(wú)線(xiàn)電在更廣的RF頻率中支持多種語(yǔ)音和數據波形外，未來(lái)的士兵系統還希望集成電子監控和電子戰功能，這就進(jìn)一步增加了系統設計的難題。

　　通用全雙工無(wú)線(xiàn)電模塊可以解決所有這些難題。該模塊可在所有平臺中使用，并且能在現場(chǎng)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)重新配置，可通過(guò)單一電池組提供靈活性、多功能性、高效率和更長(cháng)的工作壽命。此外，在尺寸、重量和功率(SWaP)方面也具有顯著(zhù)的優(yōu)勢。

　　要使這種“通用”無(wú)線(xiàn)電概念變成現實(shí)卻比預期要困難得多： 提供合適的模擬前端(AFE)尤為困難。 更復雜的是，新一代“通用”無(wú)線(xiàn)電需要應對由于商業(yè)無(wú)線(xiàn)電和蜂窩系統大量涌現而導致的頻譜更加擁堵所帶來(lái)的挑戰。 這不僅會(huì )增加帶外信號濾波或導致動(dòng)態(tài)范圍需要管理潛在干擾信號，而且還需要系統為尚不存在擁堵問(wèn)題的其他頻帶中運行做準備。

　　直到最近，面向這類(lèi)多功能無(wú)線(xiàn)電的模擬前端還需要一個(gè)重疊并行通道陣列，每個(gè)通道旨在覆蓋射頻頻譜的一個(gè)特定頻段，其帶寬與目標信號格式相匹配，并且可能具有可滿(mǎn)足帶外信號抑制需求的特定濾波。 在最好的情況下，這種方法只是在最終印刷電路板占用空間、重量和功耗方面耗費成本;在最壞的情況下則需要開(kāi)發(fā)多個(gè)完整的無(wú)線(xiàn)電。

　　采用軟件定義方法

　　軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR)是針對此問(wèn)題的最終解決方案。通過(guò)加強對模數和基于軟件的信號處理的重視，它可以適應各種物理層格式和協(xié)議、加密數據并通過(guò)在處理器或FPGA上運行的軟件來(lái)轉換模數信號，使其完美滿(mǎn)足軍事需求。 用戶(hù)可以動(dòng)態(tài)控制頻率、調制、帶寬、加密功能和波形要求。

　　SDR還能夠將新波形和功能靈活結合到系統中，無(wú)需升級或更換硬件元件。 這些SDR不僅可用于士兵訪(fǎng)問(wèn)數據以及與指揮中心通信，還可用于創(chuàng )建廣域傳感器/網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )，以進(jìn)行定位/檢測和戰斗士兵之間的通信。

　　SDR中最重要的元件是收發(fā)器。 為了實(shí)現上述所有靈活性和多功能性，收發(fā)器需要具有極寬的RF范圍，并且能夠通過(guò)軟件快速調諧和配置通道帶寬;它必須支持頻分多路復用(FDM)和時(shí)分多路復用(TDM)。 為了獲得更高級的波形支持，它還必須在動(dòng)態(tài)范圍和可靠性方面具有高性能，即使是在噪聲條件和具有有意和無(wú)意干擾的環(huán)境中。 與此同時(shí)，它還應該在更低的功耗下運行，以最大程度地減少士兵電池組中的電流消耗。

　　一種高度集成的混合信號RF集成電路(RFIC)可使寬帶SDR設計更小、更輕、耗電更少。 但真正的挑戰在于，ADR中的AFE擁有極寬的帶寬，因此在經(jīng)典設計中需要大量針對特定頻譜和可能波形的前端，而其中每個(gè)前端的設計和評估都將面臨巨大的挑戰，最終產(chǎn)品可能會(huì )在尺寸、重量和功耗三項指標排名中名落孫山。

　　元件要求

　　新一代寬帶、可編程前端收發(fā)器支持兩個(gè)獨立的收發(fā)器通道，能夠滿(mǎn)足這些SDR挑戰。 系統處理器可以動(dòng)態(tài)重新配置關(guān)鍵參數(如帶寬和RF頻率)，以符合應用需求并帶來(lái)最佳結果。此外，它還可以滿(mǎn)足快速發(fā)展的多路輸入多路輸出(MIMO)市場(chǎng)以及非MIMO市場(chǎng)的需求。